JP2018088500A - トランジスタ基板 - Google Patents

Abstract

【課題】有機半導体層を備えるトランジスタ基板であって、ソース電極及びドレイン電極をドライエッチングによって加工できるトランジスタ基板を提供する。
【解決手段】基板１１と、基板１１上に配置される第一ゲート電極１３と、第一ゲート電極１３上に配置され、無機材料で形成される第一無機ゲート絶縁層１４と、第一無機ゲート絶縁層１４上に配置される第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄと、第一無機ゲート絶縁層１４上であって、第一ソース電極１５Ｓと第一ドレイン電極１５Ｄとの間に配置され、有機材料で形成される第一有機ゲート絶縁層１６と、第一有機ゲート絶縁層１６上に配置され、有機材料で形成される第一有機半導体層１８であって、チャネルとして用いられる第一有機半導体層１８とを備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、有機半導体層を備えるトランジスタ基板に関する。

従来、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ、液晶ディスプレイなどのアクティブマトリクス方式の表示装置においては、薄膜トランジスタが用いられている。薄膜トランジスタのチャネルとして用いられる半導体層の材料としては、無機材料が採用されているが、昨今、有機材料を採用する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、従来の有機材料においては、無機材料と比較して低い移動度しか得られなかったが、高い移動度を実現できる有機材料の開発が進んでいる。このため、有機材料を用いた薄膜トランジスタの実現が期待されている。有機材料を用いることにより、薄膜トランジスタの軽量化、柔軟化、低コスト化などを実現し得る。

また、特許文献１に記載された電界効果型有機トランジスタにおいては、有機半導体層とソース電極及びドレイン電極との間にキャリア注入及び誘起層を配置している。これにより、有機半導体層中での電界効果によるキャリア蓄積を増強しようとしている。

特開２０１１−６０８２８号公報

特許文献１に記載された有機トランジスタにおいては、有機材料層であるキャリア注入及び誘起層上にソース電極及びドレイン電極を形成している。ここで、ソース電極及びドレイン電極をドライエッチングによってパターニングする場合には、有機材料層を損傷させるおそれがある。なお、ソース電極及びドレイン電極をウェットエッチングによってパターニングすることで、有機材料層の損傷を抑制することも可能であるが、ドライエッチングと同程度の加工精度を得ることは困難である。

そこで、本開示は、有機半導体層を備えるトランジスタ基板であって、ソース電極及びドレイン電極をドライエッチングによって加工できるトランジスタ基板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示の一態様に係るトランジスタ基板は、基板と、前記基板上に配置される第一ゲート電極と、前記第一ゲート電極上に配置され、無機材料で形成される第一無機ゲート絶縁層と、前記第一無機ゲート絶縁層上に配置される第一ソース電極及び第一ドレイン電極と、前記第一無機ゲート絶縁層上であって、前記第一ソース電極と前記第一ドレイン電極との間に配置され、有機材料で形成される第一有機ゲート絶縁層と、前記第一有機ゲート絶縁層上に配置され、有機材料で形成される第一有機半導体層であって、チャネルとして用いられる第一有機半導体層とを備える。

本開示によれば、有機半導体層を備えるトランジスタ基板であって、ソース電極及びドレイン電極をドライエッチングによって加工できるトランジスタ基板を提供することができる。

図１は、実施の形態１に係るトランジスタ基板の構成を示す断面図である。 図２は、実施の形態１に係るトランジスタ基板の構成を示す上面図である。 図３Ａは、実施の形態１に係るトランジスタ基板の基板、無機アンダーコート膜及び第一ゲート電極の形成工程を示す断面図である。 図３Ｂは、実施の形態１に係るトランジスタ基板の第一無機ゲート絶縁層の形成工程を示す断面図である。 図３Ｃは、実施の形態１に係るトランジスタ基板の第一ソース電極及び第一ドレイン電極の形成工程を示す断面図である。 図３Ｄは、実施の形態１に係るトランジスタ基板の第一有機ゲート絶縁層の形成工程を示す断面図である。 図３Ｅは、実施の形態１に係るトランジスタ基板の第一電荷注入層の形成工程を示す断面図である。 図３Ｆは、実施の形態１に係るトランジスタ基板の第一有機半導体層の形成工程を示す断面図である。 図３Ｇは、実施の形態１に係るトランジスタ基板の第一有機保護層の形成工程を示す断面図である。 図３Ｈは、実施の形態１に係るトランジスタ基板の第一無機保護層の形成工程を示す断面図である。 図４は、実施の形態２に係るトランジスタ基板の構成を示す断面図である。

以下では、本開示の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

また、本明細書において、「上方」（又は「上」）及び「下方」（又は「下」）という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）及び下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔を空けて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに密着して配置されて２つの構成要素が接する場合にも適用される。

（実施の形態１）
［１−１．構成］
実施の形態１に係るトランジスタ基板の構成について、図面を用いて説明する。

図１及び図２は、それぞれ本実施の形態に係るトランジスタ基板１０の構成を示す断面図及び上面図である。

図１及び図２に示されるトランジスタ基板１０は、チャネルとして用いられる有機半導体層（第一有機半導体層１８）を備える基板である。トランジスタ基板１０は、基板１１と、無機アンダーコート膜１２と、第一ゲート電極１３と、第一無機ゲート絶縁層１４と、第一ソース電極１５Ｓと、第一ドレイン電極１５Ｄと、第一有機ゲート絶縁層１６と、第一電荷注入層１７と、第一有機半導体層１８と、第一有機保護層１９と、第一無機保護層２０とを備える。

基板１１は、トランジスタ基板１０の基台となる部材である。基板１１を形成する材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミドなどの電気絶縁性を有する樹脂材料である。なお、基板１１は、無アルカリガラス、石英ガラス、高耐熱性ガラスなどのガラス材料で形成されてもよい。

なお、基板１１は、シート状又はフィルム状の可撓性を有するフレキシブル基板でもよい。基板１１は、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのフィルム材料の単層又は積層で構成されたフレキシブル樹脂基板でもよい。

無機アンダーコート膜１２は、基板１１に含まれる不純物（例えば、ナトリウム及びリンなど）、又は、大気中の水分などが第一有機半導体層１８などに浸入するのを抑制するための膜であり、基板１１上に配置される。トランジスタ基板１０が無機アンダーコート膜１２を備えることにより、第一有機半導体層１８の物性を安定化させて、トランジスタの特性を安定化させることができる。また、無機アンダーコート膜１２は、基板１１上に形成された電極などを加工する際に、樹脂材料で形成された基板１１を保護する機能も有する。

無機アンダーコート膜１２は、酸化物絶縁層又は窒化物絶縁層などで構成される。無機アンダーコート膜１２を形成する材料は、例えば、シリコン窒化物、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）である。無機アンダーコート膜１２の膜厚は、特に限定されないが、例えば、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度である。

第一ゲート電極１３は、基板１１上に配置される金属層である。本実施の形態では、第一ゲート電極１３は、無機アンダーコート膜１２上に配置される。第一ゲート電極１３は、金属などの導電性材料又はその合金などの単層構造又は積層構造の電極である。第一ゲート電極１３を形成する材料は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、モリブデンタングステン（ＭｏＷ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）などである。第一ゲート電極１３の膜厚は、特に限定されないが、例えば、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度である。

第一無機ゲート絶縁層１４は、第一ゲート電極１３上に配置され、無機材料で形成される絶縁層である。第一無機ゲート絶縁層１４上には、第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄが形成される。第一無機ゲート絶縁層１４は、第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄと第一ゲート電極１３とが短絡することを抑制する。第一無機ゲート絶縁層１４を形成する材料は、例えば、シリコン酸化物である。これにより、第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄを、無機材料で形成される第一無機ゲート絶縁層１４上において加工（パターニング）できるため、加工の際にドライエッチングを用いることができる。これにより、第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄを精度よく加工することができる。第一無機ゲート絶縁層１４の膜厚は、特に限定されないが、例えば、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下程度である。

第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄは、第一無機ゲート絶縁層１４上に配置される電極である。第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄは、導電性材料又はその合金などの単層構造又は積層構造の電極である。第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄを形成する材料は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、モリブデンタングステン（ＭｏＷ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）などである。これらの材料で第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄを形成することにより、導電率の高い第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄを得ることができる。第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄの膜厚は、特に限定されないが、例えば、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度である。

第一有機ゲート絶縁層１６は、第一無機ゲート絶縁層１４上であって、第一ソース電極１５Ｓと第一ドレイン電極１５Ｄとの間に配置され、有機材料で形成される絶縁層である。第一無機ゲート絶縁層１４と第一有機半導体層１８との間に第一有機ゲート絶縁層１６が配置されることにより、第一有機半導体層１８が第一無機ゲート絶縁層１４と接触することを抑制できる。ここで、第一無機ゲート絶縁層１４と第一有機半導体層１８とが接触する場合には、第一無機ゲート絶縁層１４の表面に存在するＯＨ基が第一無機ゲート絶縁層１４と第一有機半導体層１８との界面において、電子トラップとなる。このため、第一有機半導体層１８におけるｎ型のキャリアの移動が妨げられる。つまり、第一有機半導体層１８がｎ型半導体となりにくくなる。一方、本実施の形態では、第一無機ゲート絶縁層１４と第一有機半導体層１８との間に第一有機ゲート絶縁層１６が配置されるため、第一有機半導体層１８においてｎ型キャリアの移動が妨げられない。したがって、第一有機半導体層１８がｎ型半導体となり得る。

第一有機ゲート絶縁層１６を形成する材料は、電機絶縁性を有する有機材料であれば特に限定されず、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、アクリル樹脂などである。第一有機ゲート絶縁層１６の膜厚は、特に限定されないが、例えば、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下程度である。

第一電荷注入層１７は、第一有機半導体層１８と第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄとの間に配置され、有機材料で形成される層である。第一電荷注入層１７は第一有機半導体層１８と第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄとが接触することに起因するショットキー障壁の形成を抑制し、かつ、第一有機半導体層１８に電荷を注入する。

また、本実施の形態では、図１に示されるように、第一電荷注入層１７は、第一ソース電極１５Ｓ上、又は、第一ドレイン電極１５Ｄ上から第一有機ゲート絶縁層１６上まで延びる。これにより、第一有機半導体層１８が、第一電荷注入層１７と第一有機ゲート絶縁層１６との間に侵入し、第一ソース電極１５Ｓ又は第一ドレイン電極１５Ｄと接触することを抑制できる。したがって、第一有機半導体層１８と第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄとが接触することで形成されるショットキー障壁の形成をより一層抑制できる。

第一電荷注入層１７を形成する材料は、第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄと第一有機半導体層１８との間の電気抵抗を低減できる材料であれば特に限定されない。また、第一電荷注入層１７を形成する材料は、第一有機半導体層１８を形成する材料、注入すべきキャリアなどに応じて適宜選択されてもよい。例えば、第一有機半導体層１８に正孔を注入する場合には、第一電荷注入層１７として、電子受容性材料であるテトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）およびＴＣＮＱを含む電荷移動錯体などを用いることができる。また、第一有機半導体層１８に電子を注入する場合には、第一電荷注入層１７として、電子供与性材料であるテトラチアフルバレン（ＴＴＦ）およびＴＴＦを含む電荷移動錯体などを用いることができる。第一電荷注入層１７の膜厚は、特に限定されないが、例えば、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下程度である。

第一有機半導体層１８は、トランジスタ基板１０においてチャネルとして用いられる有機半導体層である。第一有機半導体層１８は、第一有機ゲート絶縁層１６上に配置され、有機材料で形成される。

第一有機半導体層１８を形成する材料は、有機材料で、かつ、半導体として機能する材料であれば特に限定されない。また、第一有機半導体層１８を形成する材料は、例えば、第一有機半導体層１８の極性に応じて選択されてもよい。第一有機半導体層１８を形成する有機材料として、例えば、テトラセン、ペンタセン、ルブレン、ポリチオフェンなどを用いることができる。また、液晶性有機半導体を用いてもよい。これにより、第一有機半導体層１８における移動度を向上できる。第一有機半導体層１８の膜厚は、特に限定されないが、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度である。

第一有機保護層１９は、第一有機半導体層１８を覆い、有機材料で形成される層である。第一有機保護層１９は、第一有機半導体層１８を覆うことによって第一有機半導体層１８を封止することができるため、第一有機半導体層１８に酸素及び水が侵入することを抑制できる。これにより、第一有機半導体層１８の物性が変化することを抑制できる。また、第一有機保護層１９が、第一有機半導体層１８を覆うことで、第一有機半導体層１８が、第一有機ゲート絶縁層１６、第一電荷注入層１７及び第一有機保護層１９によって覆われる。つまり、第一有機半導体層１８の全体を有機材料で覆うことができる。このため、第一有機半導体層１８と無機絶縁膜との界面の形成を抑制できる。これにより、無機絶縁膜の表面に存在するＯＨ基に電子がトラップされることを抑制できる。

本実施の形態では、図２に示されるように、第一有機保護層１９は、第一有機ゲート絶縁層１６、第一電荷注入層１７及び第一有機半導体層１８を覆う。これにより、第一有機保護層１９は、他の有機材料層に酸素及び水などが侵入することを抑制できる。また、第一有機保護層１９は、トランジスタ基板１０を製造する際に、第一有機保護層１９形成後のプロセスにおける他の有機材料層の損傷を抑制できる。

第一有機保護層１９を形成する材料は、電気絶縁性を有する有機材料であれば特に限定されず、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステルなどである。第一有機保護層１９の膜厚は、特に限定されないが、例えば、５０ｎｍ以上１μｍ以下程度である。

第一無機保護層２０は、第一有機保護層１９を覆い、無機材料で形成される層である。このように、有機絶縁膜より酸素及び水に対するバリア性能が高い第一無機保護層２０で第一有機保護層１９を覆うことによって、第一有機半導体層１８を二重に封止することができるため、第一有機半導体層１８に酸素及び水が侵入することをより一層抑制できる。これにより、第一有機半導体層１８の物性が変化することをより一層抑制できる。

本実施の形態では、図２に示されるように、第一無機保護層２０は第一有機保護層１９全体を覆う。上述のとおり、第一有機保護層１９は、自身以外のすべての有機材料層を覆うため、第一無機保護層２０は第一有機保護層１９を含むすべての有機材料層を覆うことができる。これにより、第一無機保護層２０は、すべての有機材料層に酸素及び水などが侵入することを抑制できる。

第一無機保護層２０を形成する材料は、電気絶縁性を有する無機材料であれば特に限定されず、例えば、シリコン窒化物、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などである。第一無機保護層２０の膜厚は、特に限定されないが、例えば、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度である。

［１−２．製造方法］
本実施の形態に係るトランジスタ基板１０の製造方法について図面を用いて説明する。

図３Ａは、本実施の形態に係るトランジスタ基板１０の基板１１、無機アンダーコート膜１２及び第一ゲート電極１３の形成工程を示す断面図である。図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄは、それぞれ、本実施の形態に係るトランジスタ基板１０の第一無機ゲート絶縁層１４、第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄ、並びに、第一有機ゲート絶縁層１６の形成工程を示す断面図である。図３Ｅ、図３Ｆ、図３Ｇ及び図３Ｈは、それぞれ本実施の形態に係るトランジスタ基板１０の第一電荷注入層１７、第一有機半導体層１８、第一有機保護層１９及び第一無機保護層２０の形成工程を示す断面図である。

図３Ａに示されるように、まず、基板１１を準備し、基板１１上に、無機アンダーコート膜１２及び第一ゲート電極１３を形成する。

基板１１として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミドなどの電気絶縁性を有する樹脂材料からなる基板を準備する。なお、基板１１として、ガラス基板を準備してもよい。

続いて、無機アンダーコート膜１２として、基板１１にシリコン窒化膜をプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって成膜する。

続いて、第一ゲート電極１３を基板１１上に所定形状で形成する。本実施の形態では、第一ゲート電極１３は、無機アンダーコート膜１２上に形成される。例えば、無機アンダーコート膜１２上にアルミニウム膜などの金属膜をスパッタ法によって成膜し、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いて金属膜を加工することにより、所定形状の第一ゲート電極１３を形成する。また、第一ゲート電極１３は、複数種の金属材料を積層した多層構造を有してもよい。本実施の形態では、第一ゲート電極１３の直下には無機材料である無機アンダーコート膜１２が配置されるため、直下の層の損傷を抑制しつつ、第一ゲート電極１３をドライエッチングによって精度よく加工できる。

次に、図３Ｂに示されるように、第一無機ゲート絶縁層１４を第一ゲート電極１３上に所定形状で形成する。本実施の形態では、第一ゲート電極１３を覆うように第一無機ゲート絶縁層１４を形成する。

第一無機ゲート絶縁層１４は、例えば、シリコン酸化膜である。この場合、例えば、プラズマＣＶＤ法によってシリコン酸化膜を成膜することができる。このようにして形成されたシリコン酸化膜をフォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いて加工することにより、所定形状の第一無機ゲート絶縁層１４を形成する。

次に、図３Ｃに示されるように、第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄを第一無機ゲート絶縁層１４及び無機アンダーコート膜１２上に所定形状で形成する。

第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄを形成するために、まず、第一無機ゲート絶縁層１４上にアルミニウム膜などの金属膜をスパッタ法によって成膜する。その後、フォトリソグラフィ及びドライエッチングによって、積層した金属膜を加工することで、所定形状の第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄを形成する。ここで、本実施の形態では、第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄの直下の第一無機ゲート絶縁層１４及び無機アンダーコート膜１２は、いずれも無機材料で形成されている。このため、これらの直下の層の損傷を抑制しつつ、ドライエッチングによって第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄを精度よく加工できる。

次に、図３Ｄに示されるように、第一有機ゲート絶縁層１６を所定形状で形成する。本実施の形態では、第一ソース電極１５Ｓと第一ドレイン電極１５Ｄとの間を埋めるように、第一有機ゲート絶縁層１６を形成する。

第一有機ゲート絶縁層１６は、例えば、ポリイミドなどの有機材料を、インクジェット法を用いて基板１１上に印刷することによって形成できる。なお、第一有機ゲート絶縁層１６を、有機材料スピンコートなどによって塗布し、フォトリソグラフィ及びエッチングによって加工することで形成してもよい。また、第一有機ゲート絶縁層１６を、グラビア印刷などによって形成してもよい。

次に、図３Ｅに示されるように、第一電荷注入層１７を第一ソース電極１５Ｓ上、及び、第一ドレイン電極１５Ｄ上に所定形状で形成する。本実施の形態では、第一電荷注入層１７は、第一ソース電極１５Ｓ上、又は、第一ドレイン電極１５Ｄ上から第一有機ゲート絶縁層１６上にわたって連続的に形成される。第一電荷注入層１７の形成方法は、使用する材料以外においては、上述した第一有機ゲート絶縁層１６の形成方法と同様である。

次に、図３Ｆに示されるように、第一有機半導体層１８を第一有機ゲート絶縁層１６上に所定形状で形成する。本実施の形態では、第一有機半導体層１８は、第一有機ゲート絶縁層１６及び第一電荷注入層１７上に形成される。第一有機半導体層１８の形成方法は、使用する材料以外においては、上述した第一有機ゲート絶縁層１６の形成方法と同様である。

次に、図３Ｇに示されるように、第一有機保護層１９を第一有機半導体層１８上に所定形状で形成する。本実施の形態では、第一有機保護層１９は、第一有機ゲート絶縁層１６、第一電荷注入層１７及び第一有機半導体層１８を覆うように形成される。第一有機保護層１９の形成方法は、上述した第一有機ゲート絶縁層１６の形成方法と同様である。

次に、図３Ｈに示されるように、第一無機保護層２０を第一有機保護層１９上に所定形状で形成する。本実施の形態では、第一無機保護層２０は、第一有機保護層１９を覆うように形成される。

第一無機保護層２０は、第一有機保護層１９を覆うように形成されたシリコン酸化膜などの電気絶縁性を有する無機材料膜を、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いて加工することにより形成される。無機材料膜は、例えば、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタ法、ＣＶＤなどによって形成してもよい。本実施の形態では、図２に示されるように、第一無機保護層２０の周縁は、無機材料上に配置される。したがって、第一無機保護層２０の直下の層の損傷を抑制しつつ、ドライエッチングによって第一無機保護層２０を精度よく加工できる。

以上のように、本実施の形態に係るトランジスタ基板１０を製造することができる。

［１−３．まとめ］
以上のように、本実施の形態に係るトランジスタ基板１０は、基板１１と、基板１１上に配置される第一ゲート電極１３と、第一ゲート電極１３上に配置され、無機材料で形成される第一無機ゲート絶縁層１４と、第一無機ゲート絶縁層１４上に配置される第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄと、第一無機ゲート絶縁層１４上であって、第一ソース電極１５Ｓと第一ドレイン電極１５Ｄとの間に配置され、有機材料で形成される第一有機ゲート絶縁層１６と、第一有機ゲート絶縁層１６上に配置され、有機材料で形成される第一有機半導体層１８であって、チャネルとして用いられる第一有機半導体層１８とを備える。

これにより、第一ゲート電極１３、第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄの直下には無機材料層が配置されるため、直下の層の損傷を抑制しつつ、これらの電極をドライエッチングによって精度よく加工できる。また、第一有機半導体層１８に接触する絶縁膜は、有機材料で形成される第一有機ゲート絶縁層１６であるため、第一有機半導体層１８が無機絶縁膜と接触することを抑制できる。したがって、第一有機半導体層１８の電子が、無機絶縁膜の表面に存在するＯＨ基にトラップされることを抑制できる。

また、トランジスタ基板１０は、さらに、第一有機半導体層１８と第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄとの間に配置され、有機材料で形成される第一電荷注入層１７を備えてもよい。

これにより、第一電荷注入層１７は、第一有機半導体層１８と第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄとが接触することに起因するショットキー障壁の形成を抑制し、かつ、第一有機半導体層１８に電荷を注入する。

また、トランジスタ基板１０において、第一電荷注入層１７は、第一ソース電極１５Ｓ上、又は、第一ドレイン電極１５Ｄ上から第一有機ゲート絶縁層１６上まで延びてもよい。

これにより、第一有機半導体層１８が、第一電荷注入層１７と第一有機ゲート絶縁層１６との間に侵入し、第一ソース電極１５Ｓ又は第一ドレイン電極１５Ｄと接触することを抑制できる。したがって、第一有機半導体層１８と第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄとが接触することに起因するショットキー障壁の形成をより一層抑制できる。

また、トランジスタ基板１０は、さらに、第一有機半導体層１８を覆い、有機材料で形成される第一有機保護層１９を備えてもよい。

このような第一有機保護層１９は、第一有機半導体層１８を覆うことによって第一有機半導体層１８を封止することができるため、第一有機半導体層１８に酸素及び水が侵入することを抑制できる。これにより、第一有機半導体層１８の物性が変化することを抑制できる。また、第一有機保護層１９が、第一有機半導体層１８を覆うことで、第一有機半導体層１８が、第一有機ゲート絶縁層１６、第一電荷注入層１７及び第一有機保護層１９によって覆われる。つまり、第一有機半導体層１８の全体を有機材料で覆うことができる。このため、第一有機半導体層１８と無機絶縁膜との界面の形成を抑制できる。これにより、無機絶縁膜の表面に存在するＯＨ基に電子がトラップされることを抑制できる。

また、トランジスタ基板１０は、さらに、第一有機保護層１９を覆い、無機材料で形成される第一無機保護層２０を備えてもよい。

このように、有機絶縁膜より酸素及び水に対するバリア性能が高い第一無機保護層２０で第一有機保護層１９を覆うことによって、第一有機半導体層１８を二重に封止することができるため、第一有機半導体層１８に酸素及び水が侵入することをより一層抑制できる。これにより、第一有機半導体層１８の物性が変化することをより一層抑制できる。

また、トランジスタ基板１０において、第一無機保護層２０の周縁は、無機材料上に配置されてもよい。

これにより、第一無機保護層２０の直下の層の損傷を抑制しつつ、ドライエッチングによって第一無機保護層２０を精度よく加工できる。

また、本実施の形態に係るトランジスタ基板１０は、基板１１と、基板１１上に配置される第一ゲート電極１３と、第一ゲート電極１３の上方に配置される第一ソース電極１５Ｓ及び第一ドレイン電極１５Ｄとを備える。トランジスタ基板１０は、さらに、第一ソース電極１５Ｓと第一ドレイン電極１５Ｄとの間に配置され、有機材料で形成される第一有機ゲート絶縁層１６とを備える。トランジスタ基板１０は、さらに、第一有機ゲート絶縁層１６上に配置され、有機材料で形成される第一有機半導体層１８であって、チャネルとして用いられる第一有機半導体層１８と、第一有機半導体層１８を覆い、有機材料で形成される第一有機保護層１９と、第一有機保護層１９を覆い、無機材料で形成される第一無機保護層２０とを備える。

このように、第一有機半導体層１８を第一有機保護層１９で覆うことにより、第一有機半導体層１８に酸素及び水が侵入することを抑制できる。これにより、第一有機半導体層１８の物性が変化することを抑制できる。また、第一有機保護層１９は、第一有機半導体層１８を覆うことによって、第一有機半導体層１８と、無機絶縁膜との界面の形成を抑制する。これにより、無機絶縁膜の表面に存在するＯＨ基に電子がトラップされることを抑制できる。さらに、有機絶縁膜より酸素及び水に対するバリア性能が高い第一無機保護層２０で第一有機保護層１９を覆うことによって、第一有機半導体層１８を二重に封止することができるため、第一有機半導体層１８に酸素及び水が侵入することをより一層抑制できる。これにより、第一有機半導体層１８の物性が変化することをより一層抑制できる。

（実施の形態２）
実施の形態２に係るトランジスタ基板について説明する。本実施の形態に係るトランジスタ基板においては、同一基板上に、異なる特性を有するトランジスタが形成される点において、実施の形態１に係るトランジスタ基板１０と相違する。以下、本実施の形態に係るトランジスタ基板について、実施の形態１に係るトランジスタ基板１０との相違点を中心に説明する。

［２−１．構成］
本実施の形態に係るトランジスタ基板の構成について図面を用いて説明する。

図４は、本実施の形態に係るトランジスタ基板２１０の構成を示す断面図である。

図４に示されるように、本実施の形態にトランジスタ基板２１０は、実施の形態１に係るトランジスタ基板１０と、他のトランジスタ基板１１０とが一体化された基板である。

トランジスタ基板１１０は、実施の形態１に係るトランジスタ基板１０と同様に、チャネルとして用いられる有機半導体層（第二有機半導体層１１８）を備える基板である。トランジスタ基板１１０は、基板１１と、無機アンダーコート膜１２と、第二ゲート電極１１３と、第二無機ゲート絶縁層１１４と、第二ソース電極１１５Ｓと、第二ドレイン電極１１５Ｄと、第二有機ゲート絶縁層１１６と、第二電荷注入層１１７と、第二有機半導体層１１８と、第二有機保護層１１９と、第二無機保護層１２０とを備える。

トランジスタ基板１１０において、第二有機半導体層１１８は、第一有機半導体層１８と異なる伝導型を有する。具体的には、トランジスタ基板１１０は、例えば、第二有機半導体層１１８を形成する材料において、トランジスタ基板１０と相違する。

これにより、例えば、トランジスタ基板１０をｎ型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とし、トランジスタ基板１１０をｐ型のＭＯＳＦＥＴとすることができる。これにより、トランジスタ基板２１０において、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ＭＯＳ）を構成することができる。

さらに、本実施の形態では、トランジスタ基板１０及びトランジスタ基板１１０における有機材料層をそれぞれ異なる材料で形成できるため、各トランジスタ基板においてそれぞれの型に最適化された材料の組み合わせを適用することができる。つまり、トランジスタ基板１１０において、第二有機ゲート絶縁層１１６、第二電荷注入層１１７及び第二有機保護層１１９を形成する材料を、第二有機半導体層１１８を形成する材料に合わせて最適化できる。

本実施の形態に係るトランジスタ基板１１０の構成は、各有機材料層を形成する材料以外は、トランジスタ基板１０と同様である。なお、トランジスタ基板１１０における有機材料層を形成する各材料だけでなく、各無機材料層を形成する各材料も、トランジスタ基板１０の対応する各層を形成する各材料と異ならせてもよい。

［２−２．製造方法］
本実施の形態に係るトランジスタ基板２１０の製造方法について説明する。

トランジスタ基板１１０の製造方法は、用いる材料を除いて、トランジスタ基板１０の製造方法と同様である。

本実施の形態に係るトランジスタ基板２１０において、基板１１と、無機材料で構成される部分、すなわち無機アンダーコート膜１２、第二ゲート電極１１３、第二無機ゲート絶縁層１１４、第二ソース電極１１５Ｓ及び第二ドレイン電極１１５Ｄの材料及びプロセスは、トランジスタ基板１０とトランジスタ基板１１０とで共通である。

第二ソース電極１１５Ｓ及び第二ドレイン電極１１５Ｄ形成後のプロセスについては、トランジスタ基板１０側の各層をすべて形成した後、トランジスタ基板１１０側の各層を形成してもよいし、トランジスタ基板１０とトランジスタ基板１１０とを並行して形成してもよい。また、トランジスタ基板１０及びトランジスタ基板１１０が、同一の材料からなる層を有する場合には、トランジスタ基板１０及びトランジスタ基板１１０の各層を同時に形成してよい。

［２−３．まとめ］
以上のように、本実施の形態に係るトランジスタ基板２１０は、実施の形態１に係るトランジスタ基板１０に加えて、さらに、基板１１上に配置された第二ゲート電極１１３と、第二ゲート電極１１３上に配置され、無機材料で形成される第二無機ゲート絶縁層１１４と、第二無機ゲート絶縁層１１４上に配置される第二ソース電極１１５Ｓ及び第二ドレイン電極１１５Ｄと、第二無機ゲート絶縁層１１４上であって、第二ソース電極１１５Ｓと第二ドレイン電極１１５Ｄとの間に配置され、有機材料で形成される第二有機ゲート絶縁層１１６と、第二有機ゲート絶縁層１１６上に配置され、有機材料で形成される第二有機半導体層１１８であって、チャネルとして用いられる第二有機半導体層１１８とを備え、第二有機半導体層１１８は、第一有機半導体層１８と異なる伝導型を有する。

これにより、例えば、トランジスタ基板２１０においてｎ型のＭＯＳＦＥＴとｐ型のＭＯＳＦＥＴとを形成することができる。これにより、トランジスタ基板２１０において、ＣＭＯＳを構成することができる。

また、トランジスタ基板２１０では、第一有機ゲート絶縁層１６及び第二有機ゲート絶縁層１１６を形成する材料を、それぞれ第一有機半導体層１８及び第二有機半導体層１１８の材料に合わせて最適化できる。

また、トランジスタ基板２１０は、さらに、第二有機半導体層１１８と第二ソース電極１１５Ｓ及び第二ドレイン電極１１５Ｄとの間に配置され、有機材料で形成される第二電荷注入層１１７を備えてもよい。

これにより、トランジスタ基板２１０では、第一電荷注入層１７及び第二電荷注入層１１７を形成する材料を、それぞれ第一有機半導体層１８及び第二有機半導体層１１８の材料に合わせて最適化できる。

また、トランジスタ基板２１０は、さらに、第二有機半導体層１１８を覆い、有機材料で形成される第二有機保護層１１９を備えてもよい。

これにより、トランジスタ基板２１０では、第一有機保護層１９及び第二有機保護層１１９を形成する材料を、それぞれ第一有機半導体層１８及び第二有機半導体層１１８の材料に合わせて最適化できる。

（変形例など）
以上、本開示に係るトランジスタ基板などについて、上記各実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記各実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記各実施の形態においては、基板１１上に、無機アンダーコート膜１２を配置したが、無機アンダーコート膜１２は、必ずしも配置されなくてもよい。この場合、基板１１を形成する材料として、無機材料を用いてもよい。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。

本開示に係るトランジスタ基板は、例えば、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ、携帯電話などの表示装置などに広く利用することができる。

１０、１１０、２１０ トランジスタ基板
１１ 基板
１２ 無機アンダーコート膜
１３ 第一ゲート電極
１４ 第一無機ゲート絶縁層
１５Ｄ 第一ドレイン電極
１５Ｓ 第一ソース電極
１６ 第一有機ゲート絶縁層
１７ 第一電荷注入層
１８ 第一有機半導体層
１９ 第一有機保護層
２０ 第一無機保護層
１１３ 第二ゲート電極
１１４ 第二無機ゲート絶縁層
１１５Ｄ 第二ドレイン電極
１１５Ｓ 第二ソース電極
１１６ 第二有機ゲート絶縁層
１１７ 第二電荷注入層
１１８ 第二有機半導体層
１１９ 第二有機保護層
１２０ 第二無機保護層

Claims (9)

1. 基板と、
   前記基板上に配置される第一ゲート電極と、
   前記第一ゲート電極上に配置され、無機材料で形成される第一無機ゲート絶縁層と、
   前記第一無機ゲート絶縁層上に配置される第一ソース電極及び第一ドレイン電極と、
   前記第一無機ゲート絶縁層上であって、前記第一ソース電極と前記第一ドレイン電極との間に配置され、有機材料で形成される第一有機ゲート絶縁層と、
   前記第一有機ゲート絶縁層上に配置され、有機材料で形成される第一有機半導体層であって、チャネルとして用いられる第一有機半導体層とを備える
   トランジスタ基板。
2. さらに、
   前記第一有機半導体層と前記第一ソース電極及び前記第一ドレイン電極との間に配置され、有機材料で形成される第一電荷注入層を備える
   請求項１に記載のトランジスタ基板。
3. 前記第一電荷注入層は、前記第一ソース電極上、又は、前記第一ドレイン電極上から前記第一有機ゲート絶縁層上まで延びる
   請求項２に記載のトランジスタ基板。
4. さらに、
   前記第一有機半導体層を覆い、有機材料で形成される第一有機保護層を備える
   請求項２又は３に記載のトランジスタ基板。
5. さらに、
   前記第一有機保護層を覆い、無機材料で形成される第一無機保護層を備える
   請求項４に記載のトランジスタ基板。
6. 前記第一無機保護層の周縁は、無機材料上に配置される
   請求項５に記載のトランジスタ基板。
7. さらに、
   前記基板上に配置された第二ゲート電極と、
   前記第二ゲート電極上に配置され、無機材料で形成される第二無機ゲート絶縁層と、
   前記第二無機ゲート絶縁層上に配置される第二ソース電極及び第二ドレイン電極と、
   前記第二無機ゲート絶縁層上であって、前記第二ソース電極と前記第二ドレイン電極との間に配置され、有機材料で形成される第二有機ゲート絶縁層と、
   前記第二有機ゲート絶縁層上に配置され、有機材料で形成される第二有機半導体層であって、チャネルとして用いられる第二有機半導体層とを備え、
   前記第二有機半導体層は、前記第一有機半導体層と異なる伝導型を有する
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のトランジスタ基板。
8. さらに、
   前記第二有機半導体層と前記第二ソース電極及び前記第二ドレイン電極との間に配置され、有機材料で形成される第二電荷注入層を備える
   請求項７に記載のトランジスタ基板。
9. さらに、
   前記第二有機半導体層を覆い、有機材料で形成される第二有機保護層を備える
   請求項７又は８に記載のトランジスタ基板。

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